Mecânica dos Fluidos Fundamentos da Cinemática dos Fluidos.

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Mecânica dos Fluidos Fundamentos da Cinemática dos Fluidos

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Mecânica dos Fluidos

Fundamentos da Cinemática dos Fluidos

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O que é escoamento?

Mudança de forma do fluido sob a ação de um esforço tangencial;

Fluidez: capacidade de escoar, característica dos fluidos;

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Definições Importantes

TrajetóriaLinha de CorrenteTubo de correnteLinha de emissão

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Trajetória

Linha traçada por uma dada partícula ao longo de seu escoamento

X y

z

Partícula no instante t1

Partícula no instante t2

Partícula no instante t3

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Linha de Corrente

Linha que tangencia os vetores velocidade de diversas partículas, umas após as outras

Duas linhas de corrente não podem se interceptar (o ponto teria duas velocidades)

X y

z

Partícula 1no instante t

Partícula 2no instante t

Partícula 3no instante t

v1

v2

v3

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Tubo de Corrente

No interior de um fluido em escoamento existem infinitas linhas de corrente definidas por suas partículas fluidas

A superfície constituída pelas linhas de corrente formada no interior do fluido é denominada de tubo de corrente ou veia líquida

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Linha de Emissão

Linha definida pela sucessão de partículas que tenham passado pelo mesmo ponto;

A pluma que se desprende de uma chaminé permite visualizar de forma grosseira uma linha de emissão;

Ponto dePonto deReferênciaReferência

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Métodos para o estudo da cinemática dos fluidos

Método de Lagrange

Método de Euler

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Método de Lagrange

Descreve o movimento de cada partícula acompanhando-a em sua trajetória real;

Apresenta grande dificuldade nas aplicações práticas;

Para a engenharia normalmente não interessa o comportamento individual da partícula e sim o comportamento do conjunto de partículas no processo de escoamento.

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Método de Euler

Consiste em adotar um intervalo de tempo, escolher uma seção ou volume de controle no espaço e considerar todas as partículas que passem por este local;

Método preferencial para estudar o movimento dos fluidos: praticidade.

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Classificação Geométrica;

Classificação quanto à variação no tempo

Classificação quanto ao movimento de rotação

Classificação quanto à trajetória (direção e

variação)

Classificação do Escoamento

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Escoamento TridimensionalEscoamento Tridimensional:

As grandezas que regem o escoamento variam nas três dimensões.Escoamento BidimensionalEscoamento Bidimensional:

As grandezas do escoamento variam em duas dimensões ou são tridimensionais com alguma simetria.Escoamento UnidimensionalEscoamento Unidimensional:

São aqueles que se verificam em função das linhas de corrente (uma dimensão).

Classificação Geométrica do Escoamento

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Quanto à variação no tempo: Permanente:

As propriedades médias estatísticas das partículas fluidas, contidas em um volume de controle permanecem constantes.

Não PermanenteQuando as propriedades do fluido mudam no decorrer do escoamento;

Classificação do Escoamento

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Quanto ao movimento de rotação:

RotacionalRotacional: A maioria das partículas desloca-se animada de velocidade angular em torno de seu centro de massa;

IrrotacionalIrrotacional: As partículas se movimentam sem exibir movimento de rotação (na maioria das aplicações em engenharia despreza-se a característica rotacional dos escoamentos)

Classificação do Escoamento

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Quanto à Variação da da trajetória:

Uniforme:Uniforme: Todos os pontos de uma mesma trajetória

possuem a mesma velocidade.

VariadoVariado: Os pontos de uma mesma trajetória não

possuem a mesma velocidade.

Classificação do Escoamento

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Quanto à Direção da trajetória: Escoamento LaminarEscoamento Laminar: As partículas descrevem trajetórias paralelas.

Escoamento turbulentoEscoamento turbulento: As trajetórias são errantes e cuja previsão é

impossível;

De TransiçãoDe Transição: Representa a passagem do escoamento

laminar para o turbulento ou vice-versa.

Classificação do Escoamento

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Vazão em VolumeVazão é a quantidade em volume de

fluido que atravessa uma dada seção do escoamento por unidade de tempo.

Conceitos Básicos de Vazão

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Vazão em MassaVazão em massa é a quantidade em massa

do fluido que atravessa uma dada seção do escoamento por unidade de tempo.

.

Conceitos Básicos de Vazão

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Vazão em PesoVazão em peso é a quantidade de

peso do fluido que atravessa uma dada seção do escoamento por unidade de tempo.

.

Conceitos Básicos de Vazão

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Condutos Forçados:São aqueles onde o fluido apresenta um

contato total com suas paredes internas. A figura mostra um dos exemplos mais comuns de conduto forçado, que é o de seção transversal circular.

Classificação básica dos condutos

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Condutos Livres

São aqueles onde o fluido apresenta um contato apenas parcial com suas paredes internas. Neste tipo de conduto observa-se sempre uma superfície livre, onde o fluido está em contato com o ar atmosférico. Os condutos livres são geralmente denominados de canais, os quais podem ser abertos ou fechados.

Classificação básica dos condutos

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Condutos Livres

Classificação básica dos condutos

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Lei de Newton da viscosidade

Para que possamos entender o valor desta lei, partimos da observação de Newton na experiência das duas placas:

v v = constante

V=0

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Princípio de aderência: experiência das duas placas

As partículas fluidas em contato com uma superfície sólida têm a velocidade da superfície que

encontram em contato.F

v v = constante

V=0

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Segunda classificação dos fluidos

Fluidos newtonianos – são aqueles que obedecem a lei de Newton da viscosidade;

Fluidos não newtonianos – são aqueles que não obedecem a lei de Newton da viscosidade.

Observação: só estudaremos os fluidos newtonianos

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Segunda classificação dos fluidos

τ

Um fluido ideal não temviscosidade: escoa sem queseja necessário submetê-loa uma tensão de cisalhamento

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Experimento de Reynolds

Ler o texto indicado e descrever com suas palavras o experimento de Reynolds

Entender o Número de Reynolds